[project @ 2002-02-11 08:20:38 by chak]
[ghc-hetmet.git] / ghc / compiler / typecheck / TcSimplify.lhs
index 3f9a9de..edf0659 100644 (file)
 %
-% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1996
+% (c) The GRASP/AQUA Project, Glasgow University, 1992-1998
 %
 \section[TcSimplify]{TcSimplify}
 
-Notes:
 
-Inference (local definitions)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-If the inst constrains a local type variable, then
-  [ReduceMe] if it's a literal or method inst, reduce it
 
-  [DontReduce] otherwise see whether the inst is just a constant
-    if succeed, use it
-    if not, add original to context
-  This check gets rid of constant dictionaries without
-  losing sharing.
+\begin{code}
+module TcSimplify (
+       tcSimplifyInfer, tcSimplifyInferCheck,
+       tcSimplifyCheck, tcSimplifyRestricted,
+       tcSimplifyToDicts, tcSimplifyIPs, tcSimplifyTop,
+
+       tcSimplifyDeriv, tcSimplifyDefault,
+       bindInstsOfLocalFuns
+    ) where
+
+#include "HsVersions.h"
+
+import {-# SOURCE #-} TcUnify( unifyTauTy )
+
+import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds, andMonoBindList )
+import TcHsSyn         ( TcExpr, TcId,
+                         TcMonoBinds, TcDictBinds
+                       )
+
+import TcMonad
+import Inst            ( lookupInst, LookupInstResult(..),
+                         tyVarsOfInst, predsOfInsts, predsOfInst, newDicts,
+                         isDict, isClassDict, isLinearInst, linearInstType,
+                         isStdClassTyVarDict, isMethodFor, isMethod,
+                         instToId, tyVarsOfInsts,  cloneDict,
+                         ipNamesOfInsts, ipNamesOfInst, dictPred,
+                         instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
+                         newDictsFromOld, newMethodAtLoc,
+                         getDictClassTys, isTyVarDict,
+                         instLoc, pprInst, zonkInst, tidyInsts, tidyMoreInsts,
+                         Inst, LIE, pprInsts, pprInstsInFull,
+                         mkLIE, lieToList
+                       )
+import TcEnv           ( tcGetGlobalTyVars, tcGetInstEnv, tcLookupGlobalId )
+import InstEnv         ( lookupInstEnv, classInstEnv, InstLookupResult(..) )
+import TcMType         ( zonkTcTyVarsAndFV, tcInstTyVars, checkAmbiguity )
+import TcType          ( TcTyVar, TcTyVarSet, ThetaType, 
+                         mkClassPred, isOverloadedTy, mkTyConApp,
+                         mkTyVarTy, tcGetTyVar, isTyVarClassPred, mkTyVarTys,
+                         tyVarsOfPred, isIPPred, inheritablePred, predHasFDs )
+import Id              ( idType, mkUserLocal )
+import Var             ( TyVar )
+import Name            ( getOccName, getSrcLoc )
+import NameSet         ( NameSet, mkNameSet, elemNameSet )
+import Class           ( classBigSig )
+import FunDeps         ( oclose, grow, improve, pprEquationDoc )
+import PrelInfo                ( isNumericClass, isCreturnableClass, isCcallishClass, 
+                         splitName, fstName, sndName )
+
+import Subst           ( mkTopTyVarSubst, substTheta, substTy )
+import TysWiredIn      ( unitTy, pairTyCon )
+import VarSet
+import FiniteMap
+import Outputable
+import ListSetOps      ( equivClasses )
+import Util            ( zipEqual )
+import List            ( partition )
+import CmdLineOpts
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{NOTES}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+       --------------------------------------
+               Notes on quantification
+       --------------------------------------
+
+Suppose we are about to do a generalisation step.
+We have in our hand
+
+       G       the environment
+       T       the type of the RHS
+       C       the constraints from that RHS
+
+The game is to figure out
+
+       Q       the set of type variables over which to quantify
+       Ct      the constraints we will *not* quantify over
+       Cq      the constraints we will quantify over
+
+So we're going to infer the type
+
+       forall Q. Cq => T
+
+and float the constraints Ct further outwards.
+
+Here are the things that *must* be true:
+
+ (A)   Q intersect fv(G) = EMPTY                       limits how big Q can be
+ (B)   Q superset fv(Cq union T) \ oclose(fv(G),C)     limits how small Q can be
+
+(A) says we can't quantify over a variable that's free in the
+environment.  (B) says we must quantify over all the truly free
+variables in T, else we won't get a sufficiently general type.  We do
+not *need* to quantify over any variable that is fixed by the free
+vars of the environment G.
+
+       BETWEEN THESE TWO BOUNDS, ANY Q WILL DO!
+
+Example:       class H x y | x->y where ...
+
+       fv(G) = {a}     C = {H a b, H c d}
+                       T = c -> b
+
+       (A)  Q intersect {a} is empty
+       (B)  Q superset {a,b,c,d} \ oclose({a}, C) = {a,b,c,d} \ {a,b} = {c,d}
+
+       So Q can be {c,d}, {b,c,d}
+
+Other things being equal, however, we'd like to quantify over as few
+variables as possible: smaller types, fewer type applications, more
+constraints can get into Ct instead of Cq.
+
+
+-----------------------------------------
+We will make use of
+
+  fv(T)                the free type vars of T
+
+  oclose(vs,C) The result of extending the set of tyvars vs
+               using the functional dependencies from C
+
+  grow(vs,C)   The result of extend the set of tyvars vs
+               using all conceivable links from C.
+
+               E.g. vs = {a}, C = {H [a] b, K (b,Int) c, Eq e}
+               Then grow(vs,C) = {a,b,c}
+
+               Note that grow(vs,C) `superset` grow(vs,simplify(C))
+               That is, simplfication can only shrink the result of grow.
+
+Notice that
+   oclose is conservative one way:      v `elem` oclose(vs,C) => v is definitely fixed by vs
+   grow is conservative the other way:  if v might be fixed by vs => v `elem` grow(vs,C)
+
+
+-----------------------------------------
+
+Choosing Q
+~~~~~~~~~~
+Here's a good way to choose Q:
+
+       Q = grow( fv(T), C ) \ oclose( fv(G), C )
+
+That is, quantify over all variable that that MIGHT be fixed by the
+call site (which influences T), but which aren't DEFINITELY fixed by
+G.  This choice definitely quantifies over enough type variables,
+albeit perhaps too many.
+
+Why grow( fv(T), C ) rather than fv(T)?  Consider
+
+       class H x y | x->y where ...
+
+       T = c->c
+       C = (H c d)
+
+  If we used fv(T) = {c} we'd get the type
+
+       forall c. H c d => c -> b
+
+  And then if the fn was called at several different c's, each of
+  which fixed d differently, we'd get a unification error, because
+  d isn't quantified.  Solution: quantify d.  So we must quantify
+  everything that might be influenced by c.
+
+Why not oclose( fv(T), C )?  Because we might not be able to see
+all the functional dependencies yet:
+
+       class H x y | x->y where ...
+       instance H x y => Eq (T x y) where ...
 
-If the inst does not constrain a local type variable then
-  [Free] then throw it out as free.
+       T = c->c
+       C = (Eq (T c d))
 
-Inference (top level definitions)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-If the inst does not constrain a local type variable, then
-  [FreeIfTautological] try for tautology; 
-      if so, throw it out as free
-        (discarding result of tautology check)
-      if not, make original inst part of the context 
-        (eliminating superclasses as usual)
+  Now oclose(fv(T),C) = {c}, because the functional dependency isn't
+  apparent yet, and that's wrong.  We must really quantify over d too.
 
-If the inst constrains a local type variable, then
-   as for inference (local defns)
 
+There really isn't any point in quantifying over any more than
+grow( fv(T), C ), because the call sites can't possibly influence
+any other type variables.
 
-Checking (local defns)
-~~~~~~~~
-If the inst constrains a local type variable then 
-  [ReduceMe] reduce (signal error on failure)
 
-If the inst does not constrain a local type variable then
-  [Free] throw it out as free.
 
-Checking (top level)
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-If the inst constrains a local type variable then
-   as for checking (local defns)
+       --------------------------------------
+               Notes on ambiguity
+       --------------------------------------
 
-If the inst does not constrain a local type variable then
-   as for checking (local defns)
+It's very hard to be certain when a type is ambiguous.  Consider
 
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
 
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
 
-Checking once per module
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
-For dicts of the form (C a), where C is a std class
-  and "a" is a type variable,
-  [DontReduce] add to context
+Looks like it!  But if we simplify (K (a,b)) we get (H a b) and
+now we see that a fixes b.  So we can't tell about ambiguity for sure
+without doing a full simplification.  And even that isn't possible if
+the context has some free vars that may get unified.  Urgle!
 
-otherwise [ReduceMe] always reduce
+Here's another example: is this ambiguous?
+       forall a b. Eq (T b) => a -> a
+Not if there's an insance decl (with no context)
+       instance Eq (T b) where ...
 
-[NB: we may generate one Tree [Int] dict per module, so 
-     sharing is not complete.]
+You may say of this example that we should use the instance decl right
+away, but you can't always do that:
 
-Sort out ambiguity at the end.
+       class J a b where ...
+       instance J Int b where ...
 
-Principal types
-~~~~~~~~~~~~~~~
-class C a where
-  op :: a -> a
+       f :: forall a b. J a b => a -> a
 
-f x = let g y = op (y::Int) in True
+(Notice: no functional dependency in J's class decl.)
+Here f's type is perfectly fine, provided f is only called at Int.
+It's premature to complain when meeting f's signature, or even
+when inferring a type for f.
+
+
+
+However, we don't *need* to report ambiguity right away.  It'll always
+show up at the call site.... and eventually at main, which needs special
+treatment.  Nevertheless, reporting ambiguity promptly is an excellent thing.
+
+So here's the plan.  We WARN about probable ambiguity if
+
+       fv(Cq) is not a subset of  oclose(fv(T) union fv(G), C)
+
+(all tested before quantification).
+That is, all the type variables in Cq must be fixed by the the variables
+in the environment, or by the variables in the type.
+
+Notice that we union before calling oclose.  Here's an example:
+
+       class J a b c | a b -> c
+       fv(G) = {a}
+
+Is this ambiguous?
+       forall b c. (J a b c) => b -> b
+
+Only if we union {a} from G with {b} from T before using oclose,
+do we see that c is fixed.
+
+It's a bit vague exactly which C we should use for this oclose call.  If we
+don't fix enough variables we might complain when we shouldn't (see
+the above nasty example).  Nothing will be perfect.  That's why we can
+only issue a warning.
+
+
+Can we ever be *certain* about ambiguity?  Yes: if there's a constraint
+
+       c in C such that fv(c) intersect (fv(G) union fv(T)) = EMPTY
+
+then c is a "bubble"; there's no way it can ever improve, and it's
+certainly ambiguous.  UNLESS it is a constant (sigh).  And what about
+the nasty example?
+
+       class K x
+       class H x y | x -> y
+       instance H x y => K (x,y)
+
+Is this type ambiguous?
+       forall a b. (K (a,b), Eq b) => a -> a
+
+Urk.  The (Eq b) looks "definitely ambiguous" but it isn't.  What we are after
+is a "bubble" that's a set of constraints
+
+       Cq = Ca union Cq'  st  fv(Ca) intersect (fv(Cq') union fv(T) union fv(G)) = EMPTY
+
+Hence another idea.  To decide Q start with fv(T) and grow it
+by transitive closure in Cq (no functional dependencies involved).
+Now partition Cq using Q, leaving the definitely-ambiguous and probably-ok.
+The definitely-ambiguous can then float out, and get smashed at top level
+(which squashes out the constants, like Eq (T a) above)
+
+
+       --------------------------------------
+               Notes on principal types
+       --------------------------------------
+
+    class C a where
+      op :: a -> a
+
+    f x = let g y = op (y::Int) in True
 
 Here the principal type of f is (forall a. a->a)
 but we'll produce the non-principal type
     f :: forall a. C Int => a -> a
 
 
-Ambiguity
-~~~~~~~~~
+       --------------------------------------
+               Notes on implicit parameters
+       --------------------------------------
+
+Question 1: can we "inherit" implicit parameters
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 Consider this:
 
-       instance C (T a) Int  where ...
-       instance C (T a) Bool where ...
+       f x = (x::Int) + ?y
 
-and suppose we infer a context
+where f is *not* a top-level binding.
+From the RHS of f we'll get the constraint (?y::Int).
+There are two types we might infer for f:
 
-           C (T x) y
+       f :: Int -> Int
 
-from some expression, where x and y are type varibles,
-and x is ambiguous, and y is being quantified over.
-Should we complain, or should we generate the type
+(so we get ?y from the context of f's definition), or
 
-       forall x y. C (T x) y => <type not involving x>
+       f :: (?y::Int) => Int -> Int
 
-The idea is that at the call of the function we might
-know that y is Int (say), so the "x" isn't really ambiguous.
-Notice that we have to add "x" to the type variables over
-which we generalise.
+At first you might think the first was better, becuase then
+?y behaves like a free variable of the definition, rather than
+having to be passed at each call site.  But of course, the WHOLE
+IDEA is that ?y should be passed at each call site (that's what
+dynamic binding means) so we'd better infer the second.
 
-Something similar can happen even if C constrains only ambiguous
-variables.  Suppose we infer the context 
+BOTTOM LINE: when *inferring types* you *must* quantify 
+over implicit parameters. See the predicate isFreeWhenInferring.
 
-       C [x]
 
-where x is ambiguous.  Then we could infer the type
+Question 2: type signatures
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+BUT WATCH OUT: When you supply a type signature, we can't force you
+to quantify over implicit parameters.  For example:
 
-       forall x. C [x] => <type not involving x>
+       (?x + 1) :: Int
 
-in the hope that at the call site there was an instance
-decl such as
+This is perfectly reasonable.  We do not want to insist on
 
-       instance Num a => C [a] where ...
+       (?x + 1) :: (?x::Int => Int)
 
-and hence the default mechanism would resolve the "a".
+That would be silly.  Here, the definition site *is* the occurrence site,
+so the above strictures don't apply.  Hence the difference between
+tcSimplifyCheck (which *does* allow implicit paramters to be inherited)
+and tcSimplifyCheckBind (which does not).
 
+What about when you supply a type signature for a binding?
+Is it legal to give the following explicit, user type 
+signature to f, thus:
 
-\begin{code}
-module TcSimplify (
-       tcSimplify, tcSimplifyAndCheck,
-       tcSimplifyTop, tcSimplifyThetas, tcSimplifyCheckThetas,
-       bindInstsOfLocalFuns
-    ) where
+       f :: Int -> Int
+       f x = (x::Int) + ?y
 
-#include "HsVersions.h"
+At first sight this seems reasonable, but it has the nasty property
+that adding a type signature changes the dynamic semantics.
+Consider this:
 
-import HsSyn           ( MonoBinds(..), HsExpr(..), andMonoBinds )
-import TcHsSyn         ( TcExpr, TcIdOcc(..), TcIdBndr, 
-                         TcMonoBinds, TcDictBinds
-                       )
+       (let f x = (x::Int) + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
 
-import TcMonad
-import Inst            ( lookupInst, lookupSimpleInst, LookupInstResult(..),
-                         tyVarsOfInst, 
-                         isDict, isStdClassTyVarDict, isMethodFor,
-                         instToId, instBindingRequired, instCanBeGeneralised,
-                         newDictFromOld,
-                         instLoc, getDictClassTys,
-                         pprInst, zonkInst,
-                         Inst, LIE, pprInsts, pprInstsInFull, mkLIE, 
-                         InstOrigin, pprOrigin
-                       )
-import TcEnv           ( TcIdOcc(..) )
-import TcType          ( TcType, TcTyVarSet, TcMaybe, tcInstType, tcInstTheta )
-import Unify           ( unifyTauTy )
-import Id              ( mkIdSet )
-
-import Bag             ( Bag, bagToList, snocBag )
-import Class           ( Class, ClassInstEnv, classBigSig, classInstEnv )
-import PrelInfo                ( isNumericClass, isCreturnableClass )
-
-import Maybes          ( maybeToBool )
-import Type            ( Type, ThetaType, TauType, mkTyVarTy, getTyVar,
-                         isTyVarTy, instantiateThetaTy
-                       )
-import PprType         ( pprConstraint )
-import TysWiredIn      ( unitTy )
-import TyVar           ( intersectTyVarSets, unionManyTyVarSets, minusTyVarSet,
-                         isEmptyTyVarSet, tyVarSetToList,
-                         zipTyVarEnv, emptyTyVarEnv
-                       )
-import FiniteMap
-import BasicTypes      ( TopLevelFlag(..) )
-import Unique          ( Unique )
-import Outputable
-import Util
-import List            ( partition )
-\end{code}
+               returns (3+6, 3+5)
+vs
+       (let f :: Int -> Int
+            f x = x + ?y
+        in (f 3, f 3 with ?y=5))  with ?y = 6
 
+               returns (3+6, 3+6)
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection[tcSimplify-main]{Main entry function}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
+Indeed, simply inlining f (at the Haskell source level) would change the
+dynamic semantics.
 
-The main wrapper is @tcSimplify@.  It just calls @tcSimpl@, but with
-the ``don't-squash-consts'' flag set depending on top-level ness.  For
-top level defns we *do* squash constants, so that they stay local to a
-single defn.  This makes things which are inlined more likely to be
-exportable, because their constants are "inside".  Later passes will
-float them out if poss, after inlinings are sorted out.
+Nevertheless, as Launchbury says (email Oct 01) we can't really give the
+semantics for a Haskell program without knowing its typing, so if you 
+change the typing you may change the semantics.
 
-\begin{code}
-tcSimplify
-       :: SDoc 
-       -> TopLevelFlag
-       -> TcTyVarSet s                 -- ``Local''  type variables
-                                       -- ASSERT: this tyvar set is already zonked
-       -> LIE s                        -- Wanted
-       -> TcM s (LIE s,                        -- Free
-                 TcDictBinds s,                -- Bindings
-                 LIE s)                        -- Remaining wanteds; no dups
-
-tcSimplify str top_lvl local_tvs wanted_lie
-  = reduceContext str try_me [] wanteds                `thenTc` \ (binds, frees, irreds) ->
+To make things consistent in all cases where we are *checking* against
+a supplied signature (as opposed to inferring a type), we adopt the
+rule: 
 
-       -- Check for non-generalisable insts
-    let
-       cant_generalise = filter (not . instCanBeGeneralised) irreds
-    in
-    checkTc (null cant_generalise)
-           (genCantGenErr cant_generalise)     `thenTc_`
-
-       -- Check for ambiguous insts.
-       -- You might think these can't happen (I did) because an ambiguous
-       -- inst like (Eq a) will get tossed out with "frees", and eventually
-       -- dealt with by tcSimplifyTop.
-       -- But we can get stuck with 
-       --      C a b
-       -- where "a" is one of the local_tvs, but "b" is unconstrained.
-       -- Then we must yell about the ambiguous b
-    let
-       (irreds', bad_guys) = partition (isEmptyTyVarSet . ambig_tv_fn) irreds
-       ambig_tv_fn dict    = tyVarsOfInst dict `minusTyVarSet` local_tvs
-    in
-    addAmbigErrs ambig_tv_fn bad_guys  `thenNF_Tc_`
+       a signature does not need to quantify over implicit params.
 
+[This represents a (rather marginal) change of policy since GHC 5.02,
+which *required* an explicit signature to quantify over all implicit
+params for the reasons mentioned above.]
+
+But that raises a new question.  Consider 
 
-       -- Finished
-    returnTc (mkLIE frees, binds, mkLIE irreds')
-  where
-    wanteds = bagToList wanted_lie
-
-    try_me inst 
-      -- Does not constrain a local tyvar
-      | isEmptyTyVarSet (tyVarsOfInst inst `intersectTyVarSets` local_tvs)
-      = -- if is_top_level then
-       --   FreeIfTautological           -- Special case for inference on 
-       --                                -- top-level defns
-       -- else
-       Free
-
-      -- We're infering (not checking) the type, and 
-      -- the inst constrains a local type variable
-      | isDict inst  = DontReduce              -- Dicts
-      | otherwise    = ReduceMe AddToIrreds    -- Lits and Methods
-\end{code}
+       Given (signature)       ?x::Int
+       Wanted (inferred)       ?x::Int, ?y::Bool
 
-@tcSimplifyAndCheck@ is similar to the above, except that it checks
-that there is an empty wanted-set at the end.  It may still return
-some of constant insts, which have to be resolved finally at the end.
+Clearly we want to discharge the ?x and float the ?y out.  But
+what is the criterion that distinguishes them?  Clearly it isn't
+what free type variables they have.  The Right Thing seems to be
+to float a constraint that
+       neither mentions any of the quantified type variables
+       nor any of the quantified implicit parameters
 
-\begin{code}
-tcSimplifyAndCheck
-        :: SDoc 
-        -> TcTyVarSet s                -- ``Local''  type variables
-                                       -- ASSERT: this tyvar set is already zonked
-        -> LIE s                       -- Given; constrain only local tyvars
-        -> LIE s                       -- Wanted
-        -> TcM s (LIE s,               -- Free
-                  TcDictBinds s)       -- Bindings
-
-tcSimplifyAndCheck str local_tvs given_lie wanted_lie
-  = reduceContext str try_me givens wanteds    `thenTc` \ (binds, frees, irreds) ->
+See the predicate isFreeWhenChecking.
 
-       -- Complain about any irreducible ones
-    mapNF_Tc complain irreds   `thenNF_Tc_`
 
-       -- Done
-    returnTc (mkLIE frees, binds)
-  where
-    givens  = bagToList given_lie
-    wanteds = bagToList wanted_lie
+Question 3: monomorphism
+~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
+There's a nasty corner case when the monomorphism restriction bites:
 
-    try_me inst 
-      -- Does not constrain a local tyvar
-      | isEmptyTyVarSet (tyVarsOfInst inst `intersectTyVarSets` local_tvs)
-      = Free
+       z = (x::Int) + ?y
 
-      -- When checking against a given signature we always reduce
-      -- until we find a match against something given, or can't reduce
-      | otherwise
-      = ReduceMe AddToIrreds
+The argument above suggests that we *must* generalise
+over the ?y parameter, to get
+       z :: (?y::Int) => Int,
+but the monomorphism restriction says that we *must not*, giving
+       z :: Int.
+Why does the momomorphism restriction say this?  Because if you have
 
-    complain dict = mapNF_Tc zonkInst givens   `thenNF_Tc` \ givens ->
-                   addNoInstanceErr str givens dict
-\end{code}
+       let z = x + ?y in z+z
 
+you might not expect the addition to be done twice --- but it will if
+we follow the argument of Question 2 and generalise over ?y.
 
-%************************************************************************
-%*                                                                     *
-\subsection{Data types for the reduction mechanism}
-%*                                                                     *
-%************************************************************************
 
-The main control over context reduction is here
 
-\begin{code}
-data WhatToDo 
- = ReduceMe              -- Try to reduce this
-       NoInstanceAction  -- What to do if there's no such instance
+Possible choices
+~~~~~~~~~~~~~~~~
+(A) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
 
- | DontReduce            -- Return as irreducible
+    Consequences:
+       * Inlining remains valid
+       * No unexpected loss of sharing
+       * But simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         will be rejected, unless you add an explicit type signature
+         (to avoid the monomorphism restriction)
+               z :: (?y::Int) => Int
+               z = ?y + 1
+         This seems unacceptable
 
- | Free                          -- Return as free
+(B) Monomorphism restriction "wins"
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised
+    Always generalise over implicit parameters *except* for bindings
+       that fall under the monomorphism restriction
 
- | FreeIfTautological    -- Return as free iff it's tautological; 
-                         -- if not, return as irreducible
+    Consequences
+       * Inlining isn't valid in general
+       * No unexpected loss of sharing
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from binding site)
 
-data NoInstanceAction
-  = Stop               -- Fail; no error message
-                       -- (Only used when tautology checking.)
+(C) Always generalise over implicit parameters
+    Bindings that fall under the monomorphism restriction can't
+       be generalised, EXCEPT for implicit parameters
+    Consequences
+       * Inlining remains valid
+       * Unexpected loss of sharing (from the extra generalisation)
+       * Simple bindings like
+               z = ?y + 1
+         accepted (get value of ?y from occurrence sites)
 
-  | AddToIrreds                -- Just add the inst to the irreductible ones; don't 
-                       -- produce an error message of any kind.
-                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
-\end{code}
 
+Discussion
+~~~~~~~~~~
+None of these choices seems very satisfactory.  But at least we should
+decide which we want to do.
 
+It's really not clear what is the Right Thing To Do.  If you see
 
-\begin{code}
-type RedState s
-  = (Avails s,         -- What's available
-     [Inst s],         -- Insts for which try_me returned Free
-     [Inst s]          -- Insts for which try_me returned DontReduce
-    )
-
-type Avails s = FiniteMap (Inst s) (Avail s)
-
-data Avail s
-  = Avail
-       (TcIdOcc s)     -- The "main Id"; that is, the Id for the Inst that 
-                       -- caused this avail to be put into the finite map in the first place
-                       -- It is this Id that is bound to the RHS.
-
-       (RHS s)         -- The RHS: an expression whose value is that Inst.
-                       -- The main Id should be bound to this RHS
-
-       [TcIdOcc s]     -- Extra Ids that must all be bound to the main Id.
-                       -- At the end we generate a list of bindings
-                       --       { i1 = main_id; i2 = main_id; i3 = main_id; ... }
-
-data RHS s
-  = NoRhs              -- Used for irreducible dictionaries,
-                       -- which are going to be lambda bound, or for those that are
-                       -- suppplied as "given" when checking againgst a signature.
-                       --
-                       -- NoRhs is also used for Insts like (CCallable f)
-                       -- where no witness is required.
+       z = (x::Int) + ?y
 
-  | Rhs                -- Used when there is a RHS 
-       (TcExpr s)       
-       Bool            -- True => the RHS simply selects a superclass dictionary
-                       --         from a subclass dictionary.
-                       -- False => not so.  
-                       -- This is useful info, because superclass selection
-                       -- is cheaper than building the dictionary using its dfun,
-                       -- and we can sometimes replace the latter with the former
-
-  | PassiveScSel       -- Used for as-yet-unactivated RHSs.  For example suppose we have
-                       -- an (Ord t) dictionary; then we put an (Eq t) entry in
-                       -- the finite map, with an PassiveScSel.  Then if the
-                       -- the (Eq t) binding is ever *needed* we make it an Rhs
-       (TcExpr s)
-       [Inst s]        -- List of Insts that are free in the RHS.
-                       -- If the main Id is subsequently needed, we toss this list into
-                       -- the needed-inst pool so that we make sure their bindings
-                       -- will actually be produced.
-                       --
-                       -- Invariant: these Insts are already in the finite mapping
-
-
-pprAvails avails = vcat (map pp (eltsFM avails))
-  where
-    pp (Avail main_id rhs ids)
-      = ppr main_id <> colon <+> brackets (ppr ids) <+> pprRhs rhs
+would you expect the value of ?y to be got from the *occurrence sites*
+of 'z', or from the valuue of ?y at the *definition* of 'z'?  In the
+case of function definitions, the answer is clearly the former, but
+less so in the case of non-fucntion definitions.   On the other hand,
+if we say that we get the value of ?y from the definition site of 'z',
+then inlining 'z' might change the semantics of the program.
+
+Choice (C) really says "the monomorphism restriction doesn't apply
+to implicit parameters".  Which is fine, but remember that every
+innocent binding 'x = ...' that mentions an implicit parameter in
+the RHS becomes a *function* of that parameter, called at each
+use of 'x'.  Now, the chances are that there are no intervening 'with'
+clauses that bind ?y, so a decent compiler should common up all
+those function calls.  So I think I strongly favour (C).  Indeed,
+one could make a similar argument for abolishing the monomorphism
+restriction altogether.
+
+BOTTOM LINE: we choose (B) at present.  See tcSimplifyRestricted
 
-pprRhs NoRhs = text "<no rhs>"
-pprRhs (Rhs rhs b) = ppr rhs
-pprRhs (PassiveScSel rhs is) = text "passive" <+> ppr rhs
-\end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[reduce]{@reduce@}
+\subsection{tcSimplifyInfer}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-The main entry point for context reduction is @reduceContext@:
+tcSimplify is called when we *inferring* a type.  Here's the overall game plan:
 
-\begin{code}
-reduceContext :: SDoc -> (Inst s -> WhatToDo)
-             -> [Inst s]       -- Given
-             -> [Inst s]       -- Wanted
-             -> TcM s (TcDictBinds s, 
-                       [Inst s],               -- Free
-                       [Inst s])               -- Irreducible
-
-reduceContext str try_me givens wanteds
-  =     -- Zonking first
-    mapNF_Tc zonkInst givens   `thenNF_Tc` \ givens ->
-    mapNF_Tc zonkInst wanteds  `thenNF_Tc` \ wanteds ->
-
-{-
-    pprTrace "reduceContext" (vcat [
-            text "----------------------",
-            str,
-            text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
-            text "----------------------"
-            ]) $
--}
+    1. Compute Q = grow( fvs(T), C )
 
-        -- Build the Avail mapping from "givens"
-    foldlNF_Tc addGiven emptyFM givens         `thenNF_Tc` \ avails ->
+    2. Partition C based on Q into Ct and Cq.  Notice that ambiguous
+       predicates will end up in Ct; we deal with them at the top level
 
-        -- Do the real work
-    reduce try_me wanteds (avails, [], [])     `thenTc` \ (avails, frees, irreds) ->
+    3. Try improvement, using functional dependencies
 
-       -- Extract the bindings from avails
-    let
-       binds = foldFM add_bind EmptyMonoBinds avails
-
-       add_bind _ (Avail main_id rhs ids) binds
-         = foldr add_synonym (add_rhs_bind rhs binds) ids
-        where
-          add_rhs_bind (Rhs rhs _) binds = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind main_id rhs 
-          add_rhs_bind other       binds = binds
-
-          -- Add the trivial {x = y} bindings
-          -- The main Id can end up in the list when it's first added passively
-          -- and then activated, so we have to filter it out.  A bit of a hack.
-          add_synonym id binds
-            | id /= main_id = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind id (HsVar main_id)
-            | otherwise     = binds
-    in
-{-
-    pprTrace ("reduceContext1") (vcat [
-            text "----------------------",
-            str,
-            text "given" <+> ppr givens,
-            text "wanted" <+> ppr wanteds,
-            text "----", 
-            pprAvails avails,
-            text "----------------------"
-            ]) $
--}
-    returnTc (binds, frees, irreds)
-\end{code}
+    4. If Step 3 did any unification, repeat from step 1
+       (Unification can change the result of 'grow'.)
+
+Note: we don't reduce dictionaries in step 2.  For example, if we have
+Eq (a,b), we don't simplify to (Eq a, Eq b).  So Q won't be different
+after step 2.  However note that we may therefore quantify over more
+type variables than we absolutely have to.
+
+For the guts, we need a loop, that alternates context reduction and
+improvement with unification.  E.g. Suppose we have
+
+       class C x y | x->y where ...
+
+and tcSimplify is called with:
+       (C Int a, C Int b)
+Then improvement unifies a with b, giving
+       (C Int a, C Int a)
+
+If we need to unify anything, we rattle round the whole thing all over
+again.
 
-The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
 
 \begin{code}
-reduce :: (Inst s -> WhatToDo)
-       -> [Inst s]
-       -> RedState s
-       -> TcM s (RedState s)
+tcSimplifyInfer
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- fv(T); type vars
+       -> LIE                  -- Wanted
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               LIE,            -- Free
+               TcDictBinds,    -- Bindings
+               [TcId])         -- Dict Ids that must be bound here (zonked)
 \end{code}
 
-@reduce@ is passed
-     try_me:   given an inst, this function returns
-                 Reduce       reduce this
-                 DontReduce   return this in "irreds"
-                 Free         return this in "frees"
 
-     wanteds:  The list of insts to reduce
-     state:    An accumulating parameter of type RedState 
-               that contains the state of the algorithm
+\begin{code}
+tcSimplifyInfer doc tau_tvs wanted_lie
+  = inferLoop doc (varSetElems tau_tvs)
+             (lieToList wanted_lie)    `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
-  It returns a RedState.
+       -- Check for non-generalisable insts
+    mapTc_ addCantGenErr (filter (not . instCanBeGeneralised) irreds)  `thenTc_`
 
+    returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds, map instToId irreds)
 
-\begin{code}
-    -- Base case: we're done!
-reduce try_me [] state = returnTc state
+inferLoop doc tau_tvs wanteds
+  =    -- Step 1
+    zonkTcTyVarsAndFV tau_tvs          `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
+    mapNF_Tc zonkInst wanteds          `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
+    tcGetGlobalTyVars                  `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
+    let
+       preds = predsOfInsts wanteds'
+       qtvs  = grow preds tau_tvs' `minusVarSet` oclose preds gbl_tvs
 
-reduce try_me (wanted:wanteds) state@(avails, frees, irreds)
+       try_me inst
+         | isFreeWhenInferring qtvs inst = Free
+         | isClassDict inst              = DontReduceUnlessConstant    -- Dicts
+         | otherwise                     = ReduceMe                    -- Lits and Methods
+    in
+               -- Step 2
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
 
-    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
-  | wanted `elemFM` avails
-  = reduce try_me wanteds (activate avails wanted, frees, irreds)
-
-    -- It should be reduced
-  | case try_me_result of { ReduceMe _ -> True; _ -> False }
-  = lookupInst wanted        `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
-
-    case lookup_result of
-      GenInst wanteds' rhs -> use_instance wanteds' rhs
-      SimpleInst rhs       -> use_instance []       rhs
-
-      NoInstance ->    -- No such instance! 
-                      -- Decide what to do based on the no_instance_action requested
-                case no_instance_action of
-                  Stop        -> failTc        -- Fail
-                  AddToIrreds -> add_to_irreds -- Add the offending insts to the irreds
-
-    -- It's free and this isn't a top-level binding, so just chuck it upstairs
-  | case try_me_result of { Free -> True; _ -> False }
-  =     -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
-    lookupInst wanted    `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
-    case lookup_result of
-       SimpleInst rhs -> use_instance [] rhs
-       other         -> add_to_frees
-
-    -- It's free and this is a top level binding, so
-    -- check whether it's a tautology or not
-  | case try_me_result of { FreeIfTautological -> True; _ -> False }
-  =     -- Try for tautology
-    tryTc 
-         -- If tautology trial fails, add to irreds
-         (addGiven avails wanted      `thenNF_Tc` \ avails' ->
-          returnTc (avails', frees, wanted:irreds))
-
-         -- If tautology succeeds, just add to frees
-         (reduce try_me_taut [wanted] (avails, [], [])         `thenTc_`
-          returnTc (avails, wanted:frees, irreds))
-                                                               `thenTc` \ state' ->
-    reduce try_me wanteds state'
-
-
-    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
-  | otherwise
-  = ASSERT( case try_me_result of { DontReduce -> True; other -> False } )
-        -- See if the inst can be reduced to a constant in one step
-    lookupInst wanted    `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
-    case lookup_result of
-       SimpleInst rhs -> use_instance [] rhs
-       other          -> add_to_irreds
+               -- Step 3
+    if no_improvement then
+       returnTc (varSetElems qtvs, frees, binds, irreds)
+    else
+       -- If improvement did some unification, we go round again.  There
+       -- are two subtleties:
+       --   a) We start again with irreds, not wanteds
+       --      Using an instance decl might have introduced a fresh type variable
+       --      which might have been unified, so we'd get an infinite loop
+       --      if we started again with wanteds!  See example [LOOP]
+       --
+       --   b) It's also essential to re-process frees, because unification
+       --      might mean that a type variable that looked free isn't now.
+       --
+       -- Hence the (irreds ++ frees)
+
+       -- However, NOTICE that when we are done, we might have some bindings, but
+       -- the final qtvs might be empty.  See [NO TYVARS] below.
+                               
+       inferLoop doc tau_tvs (irreds ++ frees) `thenTc` \ (qtvs1, frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnTc (qtvs1, frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
+\end{code}
 
-  where
-       -- The three main actions
-    add_to_frees  = reduce try_me wanteds (avails, wanted:frees, irreds)
+Example [LOOP]
 
-    add_to_irreds = addGiven avails wanted             `thenNF_Tc` \ avails' ->
-                   reduce try_me wanteds (avails',  frees, wanted:irreds)
+       class If b t e r | b t e -> r
+       instance If T t e t
+       instance If F t e e
+       class Lte a b c | a b -> c where lte :: a -> b -> c
+       instance Lte Z b T
+       instance (Lte a b l,If l b a c) => Max a b c
 
-    use_instance wanteds' rhs = addWanted avails wanted rhs    `thenNF_Tc` \ avails' ->
-                               reduce try_me (wanteds' ++ wanteds) (avails', frees, irreds)
+Wanted:        Max Z (S x) y
 
+Then we'll reduce using the Max instance to:
+       (Lte Z (S x) l, If l (S x) Z y)
+and improve by binding l->T, after which we can do some reduction
+on both the Lte and If constraints.  What we *can't* do is start again
+with (Max Z (S x) y)!
 
-    try_me_result              = try_me wanted
-    ReduceMe no_instance_action = try_me_result
+[NO TYVARS]
 
-    -- The try-me to use when trying to identify tautologies
-    -- It blunders on reducing as much as possible
-    try_me_taut inst = ReduceMe Stop   -- No error recovery
-\end{code}
+       class Y a b | a -> b where
+           y :: a -> X b
+       
+       instance Y [[a]] a where
+           y ((x:_):_) = X x
+       
+       k :: X a -> X a -> X a
 
+       g :: Num a => [X a] -> [X a]
+       g xs = h xs
+           where
+           h ys = ys ++ map (k (y [[0]])) xs
 
-\begin{code}
-activate :: Avails s -> Inst s -> Avails s
-        -- Activate the binding for Inst, ensuring that a binding for the
-        -- wanted Inst will be generated.
-        -- (Activate its parent if necessary, recursively).
-        -- Precondition: the Inst is in Avails already
+The excitement comes when simplifying the bindings for h.  Initially
+try to simplify {y @ [[t1]] t2, 0 @ t1}, with initial qtvs = {t2}.
+From this we get t1:=:t2, but also various bindings.  We can't forget
+the bindings (because of [LOOP]), but in fact t1 is what g is
+polymorphic in.  
 
-activate avails wanted
-  | not (instBindingRequired wanted) 
-  = avails
+The net effect of [NO TYVARS] 
 
-  | otherwise
-  = case lookupFM avails wanted of
+\begin{code}
+isFreeWhenInferring :: TyVarSet -> Inst        -> Bool
+isFreeWhenInferring qtvs inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst                 -- Constrains no quantified vars
+  && all inheritablePred (predsOfInst inst)    -- And no implicit parameter involved
+                                               -- (see "Notes on implicit parameters")
+
+isFreeWhenChecking :: TyVarSet -- Quantified tyvars
+                  -> NameSet   -- Quantified implicit parameters
+                  -> Inst -> Bool
+isFreeWhenChecking qtvs ips inst
+  =  isFreeWrtTyVars qtvs inst
+  && isFreeWrtIPs    ips inst
+
+isFreeWrtTyVars qtvs inst = not (tyVarsOfInst inst `intersectsVarSet` qtvs)
+isFreeWrtIPs     ips inst = not (any (`elemNameSet` ips) (ipNamesOfInst inst))
+\end{code}
 
-      Just (Avail main_id (PassiveScSel rhs insts) ids) ->
-              foldl activate avails' insts      -- Activate anything it needs
-            where
-              avails' = addToFM avails wanted avail'
-              avail'  = Avail main_id (Rhs rhs True) (wanted_id : ids) -- Activate it
 
-      Just (Avail main_id other_rhs ids) -> -- Just add to the synonyms list
-              addToFM avails wanted (Avail main_id other_rhs (wanted_id : ids))
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyCheck}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-      Nothing -> panic "activate"
-  where
-      wanted_id = instToId wanted
-    
-addWanted avails wanted rhs_expr
-  = ASSERT( not (wanted `elemFM` avails) )
-    returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail)
-       -- NB: we don't add the thing's superclasses too!
-       -- Why not?  Because addWanted is used when we've successfully used an
-       -- instance decl to reduce something; e.g.
-       --      d:Ord [a] = dfunOrd (d1:Eq [a]) (d2:Ord a)
-       -- Note that we pass the superclasses to the dfun, so they will be "wanted".
-       -- If we put the superclasses of "d" in avails, then we might end up
-       -- expressing "d1" in terms of "d", which would be a disaster.
+@tcSimplifyCheck@ is used when we know exactly the set of variables
+we are going to quantify over.  For example, a class or instance declaration.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyCheck
+        :: SDoc
+        -> [TcTyVar]           -- Quantify over these
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> LIE                 -- Wanted
+        -> TcM (LIE,           -- Free
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+-- tcSimplifyCheck is used when checking expression type signatures,
+-- class decls, instance decls etc.
+-- Note that we psss isFree (not isFreeAndInheritable) to tcSimplCheck
+-- It's important that we can float out non-inheritable predicates
+-- Example:            (?x :: Int) is ok!
+tcSimplifyCheck doc qtvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs
+                givens wanted_lie      `thenTc` \ (qtvs', frees, binds) ->
+    returnTc (frees, binds)
   where
-    avail = Avail (instToId wanted) rhs []
-
-    rhs | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr False      -- Not superclass selection
-       | otherwise                  = NoRhs
-
-addGiven :: Avails s -> Inst s -> NF_TcM s (Avails s)
-addGiven avails given
-  =     -- ASSERT( not (given `elemFM` avails) )
-        -- This assertion isn' necessarily true.  It's permitted
-        -- to given a redundant context in a type signature (eg (Ord a, Eq a) => ...)
-        -- and when typechecking instance decls we generate redundant "givens" too.
-    addAvail avails given avail
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV qtvs
+
+
+-- tcSimplifyInferCheck is used when we know the constraints we are to simplify
+-- against, but we don't know the type variables over which we are going to quantify.
+-- This happens when we have a type signature for a mutually recursive group
+tcSimplifyInferCheck
+        :: SDoc
+        -> TcTyVarSet          -- fv(T)
+        -> [Inst]              -- Given
+        -> LIE                 -- Wanted
+        -> TcM ([TcTyVar],     -- Variables over which to quantify
+                LIE,           -- Free
+                TcDictBinds)   -- Bindings
+
+tcSimplifyInferCheck doc tau_tvs givens wanted_lie
+  = tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
   where
-    avail = Avail (instToId given) NoRhs []
+       -- Figure out which type variables to quantify over
+       -- You might think it should just be the signature tyvars,
+       -- but in bizarre cases you can get extra ones
+       --      f :: forall a. Num a => a -> a
+       --      f x = fst (g (x, head [])) + 1
+       --      g a b = (b,a)
+       -- Here we infer g :: forall a b. a -> b -> (b,a)
+       -- We don't want g to be monomorphic in b just because
+       -- f isn't quantified over b.
+    all_tvs = varSetElems (tau_tvs `unionVarSet` tyVarsOfInsts givens)
+
+    get_qtvs = zonkTcTyVarsAndFV all_tvs       `thenNF_Tc` \ all_tvs' ->
+              tcGetGlobalTyVars                `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
+              let
+                 qtvs = all_tvs' `minusVarSet` gbl_tvs
+                       -- We could close gbl_tvs, but its not necessary for
+                       -- soundness, and it'll only affect which tyvars, not which
+                       -- dictionaries, we quantify over
+              in
+              returnNF_Tc qtvs
+\end{code}
 
-addAvail avails wanted avail
-  = addSuperClasses (addToFM avails wanted avail) wanted
+Here is the workhorse function for all three wrappers.
 
-addSuperClasses :: Avails s -> Inst s -> NF_TcM s (Avails s)
-               -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
-               -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+\begin{code}
+tcSimplCheck doc get_qtvs givens wanted_lie
+  = check_loop givens (lieToList wanted_lie)   `thenTc` \ (qtvs, frees, binds, irreds) ->
 
-addSuperClasses avails dict
-  | not (isDict dict)
-  = returnNF_Tc avails
+       -- Complain about any irreducible ones
+    complainCheck doc givens irreds            `thenNF_Tc_`
 
-  | otherwise  -- It is a dictionary
-  = tcInstTheta env sc_theta           `thenNF_Tc` \ sc_theta' ->
-    foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "addSuperClasses" sc_theta' sc_sels)
-  where
-    (clas, tys) = getDictClassTys dict
-    
-    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _, _) = classBigSig clas
-    env       = zipTyVarEnv tyvars tys
-
-    add_sc avails ((super_clas, super_tys), sc_sel)
-      = newDictFromOld dict super_clas super_tys       `thenNF_Tc` \ super_dict ->
-        let
-          sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar (RealId sc_sel)) 
-                                      tys)
-                               [instToId dict]
-       in
-        case lookupFM avails super_dict of
-
-            Just (Avail main_id (Rhs rhs False {- not sc selection -}) ids) ->
-                 -- Already there, but not as a superclass selector
-                 -- No need to look at its superclasses; since it's there
-                 --    already they must be already in avails
-                 -- However, we must remember to activate the dictionary
-                 -- from which it is (now) generated
-                 returnNF_Tc (activate avails' dict)
-               where
-                 avails' = addToFM avails super_dict avail
-                 avail   = Avail main_id (Rhs sc_sel_rhs True) ids     -- Superclass selection
-       
-            Just (Avail _ _ _) -> returnNF_Tc avails
-                 -- Already there; no need to do anything
+       -- Done
+    returnTc (qtvs, mkLIE frees, binds)
 
-            Nothing ->
-                 -- Not there at all, so add it, and its superclasses
-                 addAvail avails super_dict avail
-               where
-                 avail   = Avail (instToId super_dict) 
-                                 (PassiveScSel sc_sel_rhs [dict])
-                                 []
+  where
+    ip_set = mkNameSet (ipNamesOfInsts givens)
+
+    check_loop givens wanteds
+      =                -- Step 1
+       mapNF_Tc zonkInst givens        `thenNF_Tc` \ givens' ->
+       mapNF_Tc zonkInst wanteds       `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
+       get_qtvs                        `thenNF_Tc` \ qtvs' ->
+
+                   -- Step 2
+       let
+           -- When checking against a given signature we always reduce
+           -- until we find a match against something given, or can't reduce
+           try_me inst | isFreeWhenChecking qtvs' ip_set inst = Free
+                       | otherwise                            = ReduceMe
+       in
+       reduceContext doc try_me givens' wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+                   -- Step 3
+       if no_improvement then
+           returnTc (varSetElems qtvs', frees, binds, irreds)
+       else
+           check_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (qtvs', frees1, binds1, irreds1) ->
+           returnTc (qtvs', frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+\subsection{tcSimplifyRestricted}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
-Much simpler versions when there are no bindings to make!
-
-@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
-@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
-only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
-
-It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
-a,b,c are type variables.  This is required for the context of
-instance declarations.
-
 \begin{code}
-tcSimplifyThetas :: (Class -> ClassInstEnv)            -- How to find the ClassInstEnv
-                -> ThetaType                           -- Wanted
-                -> TcM s ThetaType                     -- Needed; of the form C a b c
-                                                       -- where a,b,c are type variables
+tcSimplifyRestricted   -- Used for restricted binding groups
+                       -- i.e. ones subject to the monomorphism restriction
+       :: SDoc
+       -> TcTyVarSet           -- Free in the type of the RHSs
+       -> LIE                  -- Free in the RHSs
+       -> TcM ([TcTyVar],      -- Tyvars to quantify (zonked)
+               LIE,            -- Free
+               TcDictBinds)    -- Bindings
+
+tcSimplifyRestricted doc tau_tvs wanted_lie
+  =    -- First squash out all methods, to find the constrained tyvars
+       -- We can't just take the free vars of wanted_lie because that'll
+       -- have methods that may incidentally mention entirely unconstrained variables
+       --      e.g. a call to  f :: Eq a => a -> b -> b
+       -- Here, b is unconstrained.  A good example would be
+       --      foo = f (3::Int)
+       -- We want to infer the polymorphic type
+       --      foo :: forall b. b -> b
+    let
+       wanteds = lieToList wanted_lie
+       try_me inst = ReduceMe          -- Reduce as far as we can.  Don't stop at
+                                       -- dicts; the idea is to get rid of as many type
+                                       -- variables as possible, and we don't want to stop
+                                       -- at (say) Monad (ST s), because that reduces
+                                       -- immediately, with no constraint on s.
+    in
+    simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenTc` \ (_, _, constrained_dicts) ->
 
-tcSimplifyThetas inst_mapper wanteds
-  = reduceSimple inst_mapper [] wanteds                `thenNF_Tc` \ irreds ->
+       -- Next, figure out the tyvars we will quantify over
+    zonkTcTyVarsAndFV (varSetElems tau_tvs)    `thenNF_Tc` \ tau_tvs' ->
+    tcGetGlobalTyVars                          `thenNF_Tc` \ gbl_tvs ->
     let
-       -- Check that the returned dictionaries are of the form (C a b c)
-       bad_guys = [ct | ct@(clas,tys) <- irreds, not (all isTyVarTy tys)]
+       constrained_tvs = tyVarsOfInsts constrained_dicts
+       qtvs = (tau_tvs' `minusVarSet` oclose (predsOfInsts constrained_dicts) gbl_tvs)
+                        `minusVarSet` constrained_tvs
     in
-    if null bad_guys then
-       returnTc irreds
-    else
-       mapNF_Tc addNoInstErr bad_guys          `thenNF_Tc_`
-       failTc
+
+       -- The first step may have squashed more methods than
+       -- necessary, so try again, this time knowing the exact
+       -- set of type variables to quantify over.
+       --
+       -- We quantify only over constraints that are captured by qtvs;
+       -- these will just be a subset of non-dicts.  This in contrast
+       -- to normal inference (using isFreeWhenInferring) in which we quantify over
+       -- all *non-inheritable* constraints too.  This implements choice
+       -- (B) under "implicit parameter and monomorphism" above.
+       --
+       -- Remember that we may need to do *some* simplification, to
+       -- (for example) squash {Monad (ST s)} into {}.  It's not enough
+       -- just to float all constraints
+    mapNF_Tc zonkInst (lieToList wanted_lie)   `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
+    let
+        try_me inst | isFreeWrtTyVars qtvs inst = Free
+                   | otherwise                 = ReduceMe
+    in
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    ASSERT( no_improvement )
+    ASSERT( null irreds )
+       -- No need to loop because simpleReduceLoop will have
+       -- already done any improvement necessary
+
+    returnTc (varSetElems qtvs, mkLIE frees, binds)
 \end{code}
 
-@tcSimplifyCheckThetas@ just checks class-type constraints, essentially;
-used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
-whether it worked or not.
 
-\begin{code}
-tcSimplifyCheckThetas :: ThetaType     -- Given
-                     -> ThetaType      -- Wanted
-                     -> TcM s ()
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{tcSimplifyToDicts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-tcSimplifyCheckThetas givens wanteds
-  = reduceSimple classInstEnv givens wanteds    `thenNF_Tc`    \ irreds ->
-    if null irreds then
-       returnTc ()
-    else
-       mapNF_Tc addNoInstErr irreds            `thenNF_Tc_`
-       failTc
-\end{code}
+On the LHS of transformation rules we only simplify methods and constants,
+getting dictionaries.  We want to keep all of them unsimplified, to serve
+as the available stuff for the RHS of the rule.
 
+The same thing is used for specialise pragmas. Consider
 
-\begin{code}
-type AvailsSimple = FiniteMap (Class, [TauType]) Bool
-                   -- True  => irreducible 
-                   -- False => given, or can be derived from a given or from an irreducible
-
-reduceSimple :: (Class -> ClassInstEnv) 
-            -> ThetaType               -- Given
-            -> ThetaType               -- Wanted
-            -> NF_TcM s ThetaType      -- Irreducible
-
-reduceSimple inst_mapper givens wanteds
-  = reduce_simple inst_mapper givens_fm wanteds        `thenNF_Tc` \ givens_fm' ->
-    returnNF_Tc [ct | (ct,True) <- fmToList givens_fm']
-  where
-    givens_fm     = foldl addNonIrred emptyFM givens
+       f :: Num a => a -> a
+       {-# SPECIALISE f :: Int -> Int #-}
+       f = ...
 
-reduce_simple :: (Class -> ClassInstEnv) 
-             -> AvailsSimple
-             -> ThetaType
-             -> NF_TcM s AvailsSimple
+The type checker generates a binding like:
 
-reduce_simple inst_mapper givens [] 
-  =         -- Finished, so pull out the needed ones
-    returnNF_Tc givens
+       f_spec = (f :: Int -> Int)
 
-reduce_simple inst_mapper givens (wanted@(clas,tys) : wanteds)
-  | wanted `elemFM` givens
-  = reduce_simple inst_mapper givens wanteds
+and we want to end up with
 
-  | otherwise
-  = lookupSimpleInst (inst_mapper clas) clas tys       `thenNF_Tc` \ maybe_theta ->
+       f_spec = _inline_me_ (f Int dNumInt)
+
+But that means that we must simplify the Method for f to (f Int dNumInt)!
+So tcSimplifyToDicts squeezes out all Methods.
+
+IMPORTANT NOTE:  we *don't* want to do superclass commoning up.  Consider
+
+       fromIntegral :: (Integral a, Num b) => a -> b
+       {-# RULES "foo"  fromIntegral = id :: Int -> Int #-}
+
+Here, a=b=Int, and Num Int is a superclass of Integral Int. But we *dont*
+want to get
+
+       forall dIntegralInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt (scsel dIntegralInt) = id Int
+
+because the scsel will mess up matching.  Instead we want
+
+       forall dIntegralInt, dNumInt.
+       fromIntegral Int Int dIntegralInt dNumInt = id Int
 
-    case maybe_theta of
-      Nothing ->    reduce_simple inst_mapper (addIrred    givens wanted) wanteds
-      Just theta -> reduce_simple inst_mapper (addNonIrred givens wanted) (theta ++ wanteds)
+Hence "DontReduce NoSCs"
 
-addIrred :: AvailsSimple -> (Class, [TauType]) -> AvailsSimple
-addIrred givens ct
-  = addSCs (addToFM givens ct True) ct
+\begin{code}
+tcSimplifyToDicts :: LIE -> TcM ([Inst], TcDictBinds)
+tcSimplifyToDicts wanted_lie
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
+       -- Since try_me doesn't look at types, we don't need to
+       -- do any zonking, so it's safe to call reduceContext directly
+    ASSERT( null frees )
+    returnTc (irreds, binds)
+
+  where
+    doc = text "tcSimplifyToDicts"
+    wanteds = lieToList wanted_lie
+
+       -- Reduce methods and lits only; stop as soon as we get a dictionary
+    try_me inst        | isDict inst = DontReduce NoSCs
+               | otherwise   = ReduceMe
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection{Filtering at a dynamic binding}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-addNonIrred :: AvailsSimple -> (Class, [TauType]) -> AvailsSimple
-addNonIrred givens ct
-  = addSCs (addToFM givens ct False) ct
+When we have
+       let ?x = R in B
 
-addSCs givens ct@(clas,tys)
- = foldl add givens sc_theta
- where
-   (tyvars, sc_theta_tmpl, _, _, _) = classBigSig clas
-   sc_theta = instantiateThetaTy (zipTyVarEnv tyvars tys) sc_theta_tmpl
+we must discharge all the ?x constraints from B.  We also do an improvement
+step; if we have ?x::t1 and ?x::t2 we must unify t1, t2.
 
-   add givens ct = case lookupFM givens ct of
-                          Nothing    -> -- Add it and its superclasses
-                                        addSCs (addToFM givens ct False) ct
+Actually, the constraints from B might improve the types in ?x. For example
 
-                          Just True  -> -- Set its flag to False; superclasses already done
-                                        addToFM givens ct False
+       f :: (?x::Int) => Char -> Char
+       let ?x = 3 in f 'c'
 
-                          Just False -> -- Already done
-                                        givens
-                          
+then the constraint (?x::Int) arising from the call to f will
+force the binding for ?x to be of type Int.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyIPs :: [Inst]                -- The implicit parameters bound here
+             -> LIE
+             -> TcM (LIE, TcDictBinds)
+tcSimplifyIPs given_ips wanted_lie
+  = simpl_loop given_ips wanteds       `thenTc` \ (frees, binds) ->
+    returnTc (mkLIE frees, binds)
+  where
+    doc             = text "tcSimplifyIPs" <+> ppr given_ips
+    wanteds  = lieToList wanted_lie
+    ip_set   = mkNameSet (ipNamesOfInsts given_ips)
+
+       -- Simplify any methods that mention the implicit parameter
+    try_me inst | isFreeWrtIPs ip_set inst = Free
+               | otherwise                = ReduceMe
+
+    simpl_loop givens wanteds
+      = mapNF_Tc zonkInst givens               `thenNF_Tc` \ givens' ->
+        mapNF_Tc zonkInst wanteds              `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
+
+        reduceContext doc try_me givens' wanteds'    `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+
+        if no_improvement then
+           ASSERT( null irreds )
+           returnTc (frees, binds)
+       else
+           simpl_loop givens' (irreds ++ frees)        `thenTc` \ (frees1, binds1) ->
+           returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1)
 \end{code}
 
+
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
 \subsection[binds-for-local-funs]{@bindInstsOfLocalFuns@}
@@ -785,110 +970,638 @@ For each method @Inst@ in the @init_lie@ that mentions one of the
 @LIE@), as well as the @HsBinds@ generated.
 
 \begin{code}
-bindInstsOfLocalFuns ::        LIE s -> [TcIdBndr s] -> TcM s (LIE s, TcMonoBinds s)
+bindInstsOfLocalFuns ::        LIE -> [TcId] -> TcM (LIE, TcMonoBinds)
 
 bindInstsOfLocalFuns init_lie local_ids
-  = reduceContext (text "bindInsts" <+> ppr local_ids)
-                 try_me [] (bagToList init_lie)        `thenTc` \ (binds, frees, irreds) ->
+  | null overloaded_ids
+       -- Common case
+  = returnTc (init_lie, EmptyMonoBinds)
+
+  | otherwise
+  = simpleReduceLoop doc try_me wanteds                `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
     ASSERT( null irreds )
     returnTc (mkLIE frees, binds)
   where
-    local_id_set = mkIdSet local_ids   -- There can occasionally be a lot of them
-                                       -- so it's worth building a set, so that 
-                                       -- lookup (in isMethodFor) is faster
-    try_me inst | isMethodFor local_id_set inst = ReduceMe AddToIrreds
-               | otherwise                     = Free
+    doc                     = text "bindInsts" <+> ppr local_ids
+    wanteds         = lieToList init_lie
+    overloaded_ids   = filter is_overloaded local_ids
+    is_overloaded id = isOverloadedTy (idType id)
+
+    overloaded_set = mkVarSet overloaded_ids   -- There can occasionally be a lot of them
+                                               -- so it's worth building a set, so that
+                                               -- lookup (in isMethodFor) is faster
+
+    try_me inst | isMethodFor overloaded_set inst = ReduceMe
+               | otherwise                       = Free
 \end{code}
 
 
 %************************************************************************
 %*                                                                     *
-\section[Disambig]{Disambiguation of overloading}
+\subsection{Data types for the reduction mechanism}
 %*                                                                     *
 %************************************************************************
 
+The main control over context reduction is here
 
-If a dictionary constrains a type variable which is
-\begin{itemize}
-\item
-not mentioned in the environment
-\item
-and not mentioned in the type of the expression
-\end{itemize}
-then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
-the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
-parameter to a function.
+\begin{code}
+data WhatToDo
+ = ReduceMe            -- Try to reduce this
+                       -- If there's no instance, behave exactly like
+                       -- DontReduce: add the inst to
+                       -- the irreductible ones, but don't
+                       -- produce an error message of any kind.
+                       -- It might be quite legitimate such as (Eq a)!
 
-It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
-certain rules to be applied in the special case of numeric types.
+ | DontReduce WantSCs          -- Return as irreducible
 
-Specifically, if
-\begin{itemize}
-\item
-at least one of its classes is a numeric class, and
-\item
-all of its classes are numeric or standard
-\end{itemize}
-then the type variable can be defaulted to the first type in the
-default-type list which is an instance of all the offending classes.
+ | DontReduceUnlessConstant    -- Return as irreducible unless it can
+                               -- be reduced to a constant in one step
 
-So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
-dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
-complains.  It works by splitting the dictionary list by type
-variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
+ | Free                          -- Return as free
+
+reduceMe :: Inst -> WhatToDo
+reduceMe inst = ReduceMe
+
+data WantSCs = NoSCs | AddSCs  -- Tells whether we should add the superclasses
+                               -- of a predicate when adding it to the avails
+\end{code}
 
 
-@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify
-all the constant and ambiguous Insts.
 
 \begin{code}
-tcSimplifyTop :: LIE s -> TcM s (TcDictBinds s)
+type Avails = FiniteMap Inst Avail
+
+data Avail
+  = IsFree             -- Used for free Insts
+  | Irred              -- Used for irreducible dictionaries,
+                       -- which are going to be lambda bound
+
+  | Given TcId                 -- Used for dictionaries for which we have a binding
+                       -- e.g. those "given" in a signature
+         Bool          -- True <=> actually consumed (splittable IPs only)
+
+  | NoRhs              -- Used for Insts like (CCallable f)
+                       -- where no witness is required.
+
+  | Rhs                -- Used when there is a RHS
+       TcExpr          -- The RHS
+       [Inst]          -- Insts free in the RHS; we need these too
+
+  | Linear             -- Splittable Insts only.
+       Int             -- The Int is always 2 or more; indicates how
+                       -- many copies are required
+       Inst            -- The splitter
+       Avail           -- Where the "master copy" is
+
+  | LinRhss            -- Splittable Insts only; this is used only internally
+                       --      by extractResults, where a Linear 
+                       --      is turned into an LinRhss
+       [TcExpr]        -- A supply of suitable RHSs
+
+pprAvails avails = vcat [sep [ppr inst, nest 2 (equals <+> pprAvail avail)]
+                       | (inst,avail) <- fmToList avails ]
+
+instance Outputable Avail where
+    ppr = pprAvail
+
+pprAvail NoRhs         = text "<no rhs>"
+pprAvail IsFree                = text "Free"
+pprAvail Irred         = text "Irred"
+pprAvail (Given x b)           = text "Given" <+> ppr x <+> 
+                         if b then text "(used)" else empty
+pprAvail (Rhs rhs bs)   = text "Rhs" <+> ppr rhs <+> braces (ppr bs)
+pprAvail (Linear n i a) = text "Linear" <+> ppr n <+> braces (ppr i) <+> ppr a
+pprAvail (LinRhss rhss) = text "LinRhss" <+> ppr rhss
+\end{code}
+
+Extracting the bindings from a bunch of Avails.
+The bindings do *not* come back sorted in dependency order.
+We assume that they'll be wrapped in a big Rec, so that the
+dependency analyser can sort them out later
+
+The loop startes
+\begin{code}
+extractResults :: Avails
+              -> [Inst]                -- Wanted
+              -> NF_TcM (TcDictBinds,  -- Bindings
+                         [Inst],       -- Irreducible ones
+                         [Inst])       -- Free ones
+
+extractResults avails wanteds
+  = go avails EmptyMonoBinds [] [] wanteds
+  where
+    go avails binds irreds frees [] 
+      = returnNF_Tc (binds, irreds, frees)
+
+    go avails binds irreds frees (w:ws)
+      = case lookupFM avails w of
+         Nothing    -> pprTrace "Urk: extractResults" (ppr w) $
+                       go avails binds irreds frees ws
+
+         Just NoRhs  -> go avails               binds irreds     frees     ws
+         Just IsFree -> go (add_free avails w)  binds irreds     (w:frees) ws
+         Just Irred  -> go (add_given avails w) binds (w:irreds) frees     ws
+
+         Just (Given id _) -> go avails new_binds irreds frees ws
+                           where
+                              new_binds | id == instToId w = binds
+                                        | otherwise        = addBind binds w (HsVar id)
+               -- The sought Id can be one of the givens, via a superclass chain
+               -- and then we definitely don't want to generate an x=x binding!
+
+         Just (Rhs rhs ws') -> go (add_given avails w) new_binds irreds frees (ws' ++ ws)
+                            where
+                               new_binds = addBind binds w rhs
+
+         Just (LinRhss (rhs:rhss))     -- Consume one of the Rhss
+               -> go new_avails new_binds irreds frees ws
+               where           
+                  new_binds  = addBind binds w rhs
+                  new_avails = addToFM avails w (LinRhss rhss)
+
+         Just (Linear n split_inst avail)
+           -> split n (instToId split_inst) avail w    `thenNF_Tc` \ (binds', (rhs:rhss), irreds') ->
+              go (addToFM avails w (LinRhss rhss))
+                 (binds `AndMonoBinds` addBind binds' w rhs)
+                 (irreds' ++ irreds) frees (split_inst:ws)
+
+
+    add_given avails w 
+       | instBindingRequired w = addToFM avails w (Given (instToId w) True)
+       | otherwise             = addToFM avails w NoRhs
+       -- NB: make sure that CCallable/CReturnable use NoRhs rather
+       --      than Given, else we end up with bogus bindings.
+
+    add_free avails w | isMethod w = avails
+                     | otherwise  = add_given avails w
+       -- NB: Hack alert!  
+       -- Do *not* replace Free by Given if it's a method.
+       -- The following situation shows why this is bad:
+       --      truncate :: forall a. RealFrac a => forall b. Integral b => a -> b
+       -- From an application (truncate f i) we get
+       --      t1 = truncate at f
+       --      t2 = t1 at i
+       -- If we have also have a second occurrence of truncate, we get
+       --      t3 = truncate at f
+       --      t4 = t3 at i
+       -- When simplifying with i,f free, we might still notice that
+       --   t1=t3; but alas, the binding for t2 (which mentions t1)
+       --   will continue to float out!
+       -- (split n i a) returns: n rhss
+       --                        auxiliary bindings
+       --                        1 or 0 insts to add to irreds
+
+
+split :: Int -> TcId -> Avail -> Inst 
+      -> NF_TcM (TcDictBinds, [TcExpr], [Inst])
+-- (split n split_id avail wanted) returns
+--     * a list of 'n' expressions, all of which witness 'avail'
+--     * a bunch of auxiliary bindings to support these expressions
+--     * one or zero insts needed to witness the whole lot
+--       (maybe be zero if the initial Inst is a Given)
+split n split_id avail wanted
+  = go n
+  where
+    ty  = linearInstType wanted
+    pair_ty = mkTyConApp pairTyCon [ty,ty]
+    id  = instToId wanted
+    occ = getOccName id
+    loc = getSrcLoc id
+
+    go 1 = case avail of
+            Given id _ -> returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, [HsVar id], [])
+            Irred      -> cloneDict wanted             `thenNF_Tc` \ w' ->
+                          returnNF_Tc (EmptyMonoBinds, [HsVar (instToId w')], [w'])
+
+    go n = go ((n+1) `div` 2)          `thenNF_Tc` \ (binds1, rhss, irred) ->
+          expand n rhss                `thenNF_Tc` \ (binds2, rhss') ->
+          returnNF_Tc (binds1 `AndMonoBinds` binds2, rhss', irred)
+
+       -- (expand n rhss) 
+       -- Given ((n+1)/2) rhss, make n rhss, using auxiliary bindings
+       --  e.g.  expand 3 [rhs1, rhs2]
+       --        = ( { x = split rhs1 },
+       --            [fst x, snd x, rhs2] )
+    expand n rhss
+       | n `rem` 2 == 0 = go rhss      -- n is even
+       | otherwise      = go (tail rhss)       `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
+                          returnNF_Tc (binds', head rhss : rhss')
+       where
+         go rhss = mapAndUnzipNF_Tc do_one rhss        `thenNF_Tc` \ (binds', rhss') ->
+                   returnNF_Tc (andMonoBindList binds', concat rhss')
+
+         do_one rhs = tcGetUnique                      `thenNF_Tc` \ uniq -> 
+                      tcLookupGlobalId fstName         `thenNF_Tc` \ fst_id ->
+                      tcLookupGlobalId sndName         `thenNF_Tc` \ snd_id ->
+                      let 
+                         x = mkUserLocal occ uniq pair_ty loc
+                      in
+                      returnNF_Tc (VarMonoBind x (mk_app split_id rhs),
+                                   [mk_fs_app fst_id ty x, mk_fs_app snd_id ty x])
+
+mk_fs_app id ty var = HsVar id `TyApp` [ty,ty] `HsApp` HsVar var
+
+mk_app id rhs = HsApp (HsVar id) rhs
+
+addBind binds inst rhs = binds `AndMonoBinds` VarMonoBind (instToId inst) rhs
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[reduce]{@reduce@}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+When the "what to do" predicate doesn't depend on the quantified type variables,
+matters are easier.  We don't need to do any zonking, unless the improvement step
+does something, in which case we zonk before iterating.
+
+The "given" set is always empty.
+
+\begin{code}
+simpleReduceLoop :: SDoc
+                -> (Inst -> WhatToDo)          -- What to do, *not* based on the quantified type variables
+                -> [Inst]                      -- Wanted
+                -> TcM ([Inst],                -- Free
+                        TcDictBinds,
+                        [Inst])                -- Irreducible
+
+simpleReduceLoop doc try_me wanteds
+  = mapNF_Tc zonkInst wanteds                  `thenNF_Tc` \ wanteds' ->
+    reduceContext doc try_me [] wanteds'       `thenTc` \ (no_improvement, frees, binds, irreds) ->
+    if no_improvement then
+       returnTc (frees, binds, irreds)
+    else
+       simpleReduceLoop doc try_me (irreds ++ frees)   `thenTc` \ (frees1, binds1, irreds1) ->
+       returnTc (frees1, binds `AndMonoBinds` binds1, irreds1)
+\end{code}
+
+
+
+\begin{code}
+reduceContext :: SDoc
+             -> (Inst -> WhatToDo)
+             -> [Inst]                 -- Given
+             -> [Inst]                 -- Wanted
+             -> NF_TcM (Bool,          -- True <=> improve step did no unification
+                        [Inst],        -- Free
+                        TcDictBinds,   -- Dictionary bindings
+                        [Inst])        -- Irreducible
+
+reduceContext doc try_me givens wanteds
+  =
+    traceTc (text "reduceContext" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenNF_Tc_`
+
+        -- Build the Avail mapping from "givens"
+    foldlNF_Tc addGiven emptyFM givens                 `thenNF_Tc` \ init_state ->
+
+        -- Do the real work
+    reduceList (0,[]) try_me wanteds init_state                `thenNF_Tc` \ avails ->
+
+       -- Do improvement, using everything in avails
+       -- In particular, avails includes all superclasses of everything
+    tcImprove avails                                   `thenTc` \ no_improvement ->
+
+    extractResults avails wanteds                      `thenNF_Tc` \ (binds, irreds, frees) ->
+
+    traceTc (text "reduceContext end" <+> (vcat [
+            text "----------------------",
+            doc,
+            text "given" <+> ppr givens,
+            text "wanted" <+> ppr wanteds,
+            text "----",
+            text "avails" <+> pprAvails avails,
+            text "frees" <+> ppr frees,
+            text "no_improvement =" <+> ppr no_improvement,
+            text "----------------------"
+            ]))                                        `thenNF_Tc_`
+
+    returnTc (no_improvement, frees, binds, irreds)
+
+tcImprove avails
+ =  tcGetInstEnv                               `thenTc` \ inst_env ->
+    let
+       preds = [ (pred, pp_loc)
+               | inst <- keysFM avails,
+                 let pp_loc = pprInstLoc (instLoc inst),
+                 pred <- predsOfInst inst,
+                 predHasFDs pred
+               ]
+               -- Avails has all the superclasses etc (good)
+               -- It also has all the intermediates of the deduction (good)
+               -- It does not have duplicates (good)
+               -- NB that (?x::t1) and (?x::t2) will be held separately in avails
+               --    so that improve will see them separate
+       eqns  = improve (classInstEnv inst_env) preds
+     in
+     if null eqns then
+       returnTc True
+     else
+       traceTc (ptext SLIT("Improve:") <+> vcat (map pprEquationDoc eqns))     `thenNF_Tc_`
+        mapTc_ unify eqns      `thenTc_`
+       returnTc False
+  where
+    unify ((qtvs, t1, t2), doc)
+        = tcAddErrCtxt doc                     $
+          tcInstTyVars (varSetElems qtvs)      `thenNF_Tc` \ (_, _, tenv) ->
+          unifyTauTy (substTy tenv t1) (substTy tenv t2)
+\end{code}
+
+The main context-reduction function is @reduce@.  Here's its game plan.
+
+\begin{code}
+reduceList :: (Int,[Inst])             -- Stack (for err msgs)
+                                       -- along with its depth
+                  -> (Inst -> WhatToDo)
+                  -> [Inst]
+                  -> Avails
+                  -> TcM Avails
+\end{code}
+
+@reduce@ is passed
+     try_me:   given an inst, this function returns
+                 Reduce       reduce this
+                 DontReduce   return this in "irreds"
+                 Free         return this in "frees"
+
+     wanteds:  The list of insts to reduce
+     state:    An accumulating parameter of type Avails
+               that contains the state of the algorithm
+
+  It returns a Avails.
+
+The (n,stack) pair is just used for error reporting.
+n is always the depth of the stack.
+The stack is the stack of Insts being reduced: to produce X
+I had to produce Y, to produce Y I had to produce Z, and so on.
+
+\begin{code}
+reduceList (n,stack) try_me wanteds state
+  | n > opt_MaxContextReductionDepth
+  = failWithTc (reduceDepthErr n stack)
+
+  | otherwise
+  =
+#ifdef DEBUG
+   (if n > 8 then
+       pprTrace "Jeepers! ReduceContext:" (reduceDepthMsg n stack)
+    else (\x->x))
+#endif
+    go wanteds state
+  where
+    go []     state = returnTc state
+    go (w:ws) state = reduce (n+1, w:stack) try_me w state     `thenTc` \ state' ->
+                     go ws state'
+
+    -- Base case: we're done!
+reduce stack try_me wanted state
+    -- It's the same as an existing inst, or a superclass thereof
+  | Just avail <- isAvailable state wanted
+  = if isLinearInst wanted then
+       addLinearAvailable state avail wanted   `thenNF_Tc` \ (state', wanteds') ->
+       reduceList stack try_me wanteds' state'
+    else
+       returnTc state          -- No op for non-linear things
+
+  | otherwise
+  = case try_me wanted of {
+
+      DontReduce want_scs -> addIrred want_scs state wanted
+
+    ; DontReduceUnlessConstant ->    -- It's irreducible (or at least should not be reduced)
+                                    -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple (addIrred AddSCs)    -- Assume want superclasses
+
+    ; Free ->  -- It's free so just chuck it upstairs
+               -- First, see if the inst can be reduced to a constant in one step
+       try_simple addFree
+
+    ; ReduceMe ->              -- It should be reduced
+       lookupInst wanted             `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           GenInst wanteds' rhs -> reduceList stack try_me wanteds' state      `thenTc` \ state' ->
+                                   addWanted state' wanted rhs wanteds'
+           SimpleInst rhs       -> addWanted state wanted rhs []
+
+           NoInstance ->    -- No such instance!
+                            -- Add it and its superclasses
+                            addIrred AddSCs state wanted
+
+    }
+  where
+    try_simple do_this_otherwise
+      = lookupInst wanted        `thenNF_Tc` \ lookup_result ->
+       case lookup_result of
+           SimpleInst rhs -> addWanted state wanted rhs []
+           other          -> do_this_otherwise state wanted
+\end{code}
+
+
+\begin{code}
+-------------------------
+isAvailable :: Avails -> Inst -> Maybe Avail
+isAvailable avails wanted = lookupFM avails wanted
+       -- NB 1: the Ord instance of Inst compares by the class/type info
+       -- *not* by unique.  So
+       --      d1::C Int ==  d2::C Int
+
+addLinearAvailable :: Avails -> Avail -> Inst -> NF_TcM (Avails, [Inst])
+addLinearAvailable avails avail wanted
+  | need_split avail
+  = tcLookupGlobalId splitName                 `thenNF_Tc` \ split_id ->
+    newMethodAtLoc (instLoc wanted) split_id 
+                  [linearInstType wanted]      `thenNF_Tc` \ (split_inst,_) ->
+    returnNF_Tc (addToFM avails wanted (Linear 2 split_inst avail), [split_inst])
+
+  | otherwise
+  = returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail', [])
+  where
+    avail' = case avail of
+               Given id _   -> Given id True
+               Linear n i a -> Linear (n+1) i a 
+
+    need_split Irred         = True
+    need_split (Given _ used) = used
+    need_split (Linear _ _ _) = False
+
+-------------------------
+addFree :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
+       -- When an Inst is tossed upstairs as 'free' we nevertheless add it
+       -- to avails, so that any other equal Insts will be commoned up right
+       -- here rather than also being tossed upstairs.  This is really just
+       -- an optimisation, and perhaps it is more trouble that it is worth,
+       -- as the following comments show!
+       --
+       -- NB1: do *not* add superclasses.  If we have
+       --      df::Floating a
+       --      dn::Num a
+       -- but a is not bound here, then we *don't* want to derive
+       -- dn from df here lest we lose sharing.
+       --
+addFree avails free = returnNF_Tc (addToFM avails free IsFree)
+
+addWanted :: Avails -> Inst -> TcExpr -> [Inst] -> NF_TcM Avails
+addWanted avails wanted rhs_expr wanteds
+-- Do *not* add superclasses as well.  Here's an example of why not
+--     class Eq a => Foo a b
+--     instance Eq a => Foo [a] a
+-- If we are reducing
+--     (Foo [t] t)
+-- we'll first deduce that it holds (via the instance decl).  We
+-- must not then overwrite the Eq t constraint with a superclass selection!
+--     ToDo: this isn't entirely unsatisfactory, because
+--           we may also lose some entirely-legitimate sharing this way
+
+  = ASSERT( not (wanted `elemFM` avails) )
+    returnNF_Tc (addToFM avails wanted avail)
+  where
+    avail | instBindingRequired wanted = Rhs rhs_expr wanteds
+         | otherwise                  = ASSERT( null wanteds ) NoRhs
+
+addGiven :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
+addGiven state given = addAvailAndSCs state given (Given (instToId given) False)
+
+addIrred :: WantSCs -> Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
+addIrred NoSCs  state irred = returnNF_Tc (addToFM state irred Irred)
+addIrred AddSCs state irred = addAvailAndSCs state irred Irred
+
+addAvailAndSCs :: Avails -> Inst -> Avail -> NF_TcM Avails
+addAvailAndSCs avails wanted avail
+  = add_scs (addToFM avails wanted avail) wanted
+
+add_scs :: Avails -> Inst -> NF_TcM Avails
+       -- Add all the superclasses of the Inst to Avails
+       -- Invariant: the Inst is already in Avails.
+
+add_scs avails dict
+  | not (isClassDict dict)
+  = returnNF_Tc avails
+
+  | otherwise  -- It is a dictionary
+  = newDictsFromOld dict sc_theta'     `thenNF_Tc` \ sc_dicts ->
+    foldlNF_Tc add_sc avails (zipEqual "add_scs" sc_dicts sc_sels)
+  where
+    (clas, tys) = getDictClassTys dict
+    (tyvars, sc_theta, sc_sels, _) = classBigSig clas
+    sc_theta' = substTheta (mkTopTyVarSubst tyvars tys) sc_theta
+
+    add_sc avails (sc_dict, sc_sel)    -- Add it, and its superclasses
+      = case lookupFM avails sc_dict of
+         Just (Given _ _) -> returnNF_Tc avails        -- See Note [SUPER] below
+         other            -> addAvailAndSCs avails sc_dict avail
+      where
+       sc_sel_rhs = DictApp (TyApp (HsVar sc_sel) tys) [instToId dict]
+       avail      = Rhs sc_sel_rhs [dict]
+\end{code}
+
+Note [SUPER].  We have to be careful here.  If we are *given* d1:Ord a,
+and want to deduce (d2:C [a]) where
+
+       class Ord a => C a where
+       instance Ord a => C [a] where ...
+
+Then we'll use the instance decl to deduce C [a] and then add the
+superclasses of C [a] to avails.  But we must not overwrite the binding
+for d1:Ord a (which is given) with a superclass selection or we'll just
+build a loop!  Hence looking for Given.  Crudely, Given is cheaper
+than a selection.
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{tcSimplifyTop: defaulting}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
+
+
+@tcSimplifyTop@ is called once per module to simplify all the constant
+and ambiguous Insts.
+
+We need to be careful of one case.  Suppose we have
+
+       instance Num a => Num (Foo a b) where ...
+
+and @tcSimplifyTop@ is given a constraint (Num (Foo x y)).  Then it'll simplify
+to (Num x), and default x to Int.  But what about y??
+
+It's OK: the final zonking stage should zap y to (), which is fine.
+
+
+\begin{code}
+tcSimplifyTop :: LIE -> TcM TcDictBinds
 tcSimplifyTop wanted_lie
-  = reduceContext (text "tcSimplTop") try_me [] wanteds        `thenTc` \ (binds1, frees, irreds) ->
+  = simpleReduceLoop (text "tcSimplTop") reduceMe wanteds      `thenTc` \ (frees, binds, irreds) ->
     ASSERT( null frees )
 
     let
                -- All the non-std ones are definite errors
        (stds, non_stds) = partition isStdClassTyVarDict irreds
-       
 
                -- Group by type variable
        std_groups = equivClasses cmp_by_tyvar stds
 
                -- Pick the ones which its worth trying to disambiguate
        (std_oks, std_bads) = partition worth_a_try std_groups
-               -- Have a try at disambiguation 
+
+               -- Have a try at disambiguation
                -- if the type variable isn't bound
                -- up with one of the non-standard classes
-       worth_a_try group@(d:_) = isEmptyTyVarSet (tyVarsOfInst d `intersectTyVarSets` non_std_tyvars)
-       non_std_tyvars          = unionManyTyVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
+       worth_a_try group@(d:_) = not (non_std_tyvars `intersectsVarSet` tyVarsOfInst d)
+       non_std_tyvars          = unionVarSets (map tyVarsOfInst non_stds)
 
                -- Collect together all the bad guys
        bad_guys = non_stds ++ concat std_bads
     in
-
        -- Disambiguate the ones that look feasible
     mapTc disambigGroup std_oks                `thenTc` \ binds_ambig ->
 
        -- And complain about the ones that don't
-    mapNF_Tc complain bad_guys         `thenNF_Tc_`
+       -- This group includes both non-existent instances
+       --      e.g. Num (IO a) and Eq (Int -> Int)
+       -- and ambiguous dictionaries
+       --      e.g. Num a
+    addTopAmbigErrs bad_guys           `thenNF_Tc_`
 
-    returnTc (binds1 `AndMonoBinds` andMonoBinds binds_ambig)
+    returnTc (binds `andMonoBinds` andMonoBindList binds_ambig)
   where
-    wanteds    = bagToList wanted_lie
-    try_me inst        = ReduceMe AddToIrreds
+    wanteds    = lieToList wanted_lie
 
     d1 `cmp_by_tyvar` d2 = get_tv d1 `compare` get_tv d2
 
-    complain d | isEmptyTyVarSet (tyVarsOfInst d) = addTopInstanceErr d
-              | otherwise                        = addAmbigErr tyVarsOfInst d
-
 get_tv d   = case getDictClassTys d of
-                  (clas, [ty]) -> getTyVar "tcSimplifyTop" ty
+                  (clas, [ty]) -> tcGetTyVar "tcSimplify" ty
 get_clas d = case getDictClassTys d of
                   (clas, [ty]) -> clas
 \end{code}
 
+If a dictionary constrains a type variable which is
+       * not mentioned in the environment
+       * and not mentioned in the type of the expression
+then it is ambiguous. No further information will arise to instantiate
+the type variable; nor will it be generalised and turned into an extra
+parameter to a function.
+
+It is an error for this to occur, except that Haskell provided for
+certain rules to be applied in the special case of numeric types.
+Specifically, if
+       * at least one of its classes is a numeric class, and
+       * all of its classes are numeric or standard
+then the type variable can be defaulted to the first type in the
+default-type list which is an instance of all the offending classes.
+
+So here is the function which does the work.  It takes the ambiguous
+dictionaries and either resolves them (producing bindings) or
+complains.  It works by splitting the dictionary list by type
+variable, and using @disambigOne@ to do the real business.
+
 @disambigOne@ assumes that its arguments dictionaries constrain all
 the same type variable.
 
@@ -902,11 +1615,15 @@ Since we're not using the result of @foo@, the result if (presumably)
 @void@.
 
 \begin{code}
-disambigGroup :: [Inst s]      -- All standard classes of form (C a)
-             -> TcM s (TcDictBinds s)
+disambigGroup :: [Inst]        -- All standard classes of form (C a)
+             -> TcM TcDictBinds
 
 disambigGroup dicts
-  |  any isNumericClass classes        -- Guaranteed all standard classes
+  |   any isNumericClass classes       -- Guaranteed all standard classes
+         -- see comment at the end of function for reasons as to
+         -- why the defaulting mechanism doesn't apply to groups that
+         -- include CCallable or CReturnable dicts.
+   && not (any isCcallishClass classes)
   =    -- THE DICTS OBEY THE DEFAULTABLE CONSTRAINT
        -- SO, TRY DEFAULT TYPES IN ORDER
 
@@ -920,91 +1637,332 @@ disambigGroup dicts
        = failTc
 
       try_default (default_ty : default_tys)
-       = tryTc (try_default default_tys) $     -- If default_ty fails, we try
+       = tryTc_ (try_default default_tys) $    -- If default_ty fails, we try
                                                -- default_tys instead
-         tcSimplifyCheckThetas [] thetas       `thenTc` \ _ ->
+         tcSimplifyDefault theta               `thenTc` \ _ ->
          returnTc default_ty
         where
-         thetas = classes `zip` repeat [default_ty]
+         theta = [mkClassPred clas [default_ty] | clas <- classes]
     in
        -- See if any default works, and if so bind the type variable to it
        -- If not, add an AmbigErr
-    recoverTc (complain dicts `thenNF_Tc_` returnTc EmptyMonoBinds)    $
+    recoverTc (addAmbigErrs dicts                      `thenNF_Tc_`
+              returnTc EmptyMonoBinds) $
 
     try_default default_tys                    `thenTc` \ chosen_default_ty ->
 
        -- Bind the type variable and reduce the context, for real this time
-    tcInstType emptyTyVarEnv chosen_default_ty         `thenNF_Tc` \ chosen_default_tc_ty ->   -- Tiresome!
-    unifyTauTy chosen_default_tc_ty (mkTyVarTy tyvar)  `thenTc_`
-    reduceContext (text "disambig" <+> ppr dicts)
-                 try_me [] dicts       `thenTc` \ (binds, frees, ambigs) ->
-    ASSERT( null frees && null ambigs )
+    unifyTauTy chosen_default_ty (mkTyVarTy tyvar)     `thenTc_`
+    simpleReduceLoop (text "disambig" <+> ppr dicts)
+                    reduceMe dicts                     `thenTc` \ (frees, binds, ambigs) ->
+    WARN( not (null frees && null ambigs), ppr frees $$ ppr ambigs )
+    warnDefault dicts chosen_default_ty                        `thenTc_`
     returnTc binds
 
   | all isCreturnableClass classes
-  =    -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an 
+  =    -- Default CCall stuff to (); we don't even both to check that () is an
        -- instance of CReturnable, because we know it is.
     unifyTauTy (mkTyVarTy tyvar) unitTy    `thenTc_`
     returnTc EmptyMonoBinds
-    
+
   | otherwise -- No defaults
-  = complain dicts     `thenNF_Tc_`
+  = addAmbigErrs dicts `thenNF_Tc_`
     returnTc EmptyMonoBinds
 
   where
-    complain    = addAmbigErrs tyVarsOfInst
-    try_me inst = ReduceMe AddToIrreds         -- This reduce should not fail
     tyvar       = get_tv (head dicts)          -- Should be non-empty
     classes     = map get_clas dicts
 \end{code}
 
+[Aside - why the defaulting mechanism is turned off when
+ dealing with arguments and results to ccalls.
+
+When typechecking _ccall_s, TcExpr ensures that the external
+function is only passed arguments (and in the other direction,
+results) of a restricted set of 'native' types. This is
+implemented via the help of the pseudo-type classes,
+@CReturnable@ (CR) and @CCallable@ (CC.)
+
+The interaction between the defaulting mechanism for numeric
+values and CC & CR can be a bit puzzling to the user at times.
+For example,
+
+    x <- _ccall_ f
+    if (x /= 0) then
+       _ccall_ g x
+     else
+       return ()
+
+What type has 'x' got here? That depends on the default list
+in operation, if it is equal to Haskell 98's default-default
+of (Integer, Double), 'x' has type Double, since Integer
+is not an instance of CR. If the default list is equal to
+Haskell 1.4's default-default of (Int, Double), 'x' has type
+Int.
+
+To try to minimise the potential for surprises here, the
+defaulting mechanism is turned off in the presence of
+CCallable and CReturnable.
+
+End of aside]
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\subsection[simple]{@Simple@ versions}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
+Much simpler versions when there are no bindings to make!
+
+@tcSimplifyThetas@ simplifies class-type constraints formed by
+@deriving@ declarations and when specialising instances.  We are
+only interested in the simplified bunch of class/type constraints.
+
+It simplifies to constraints of the form (C a b c) where
+a,b,c are type variables.  This is required for the context of
+instance declarations.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDeriv :: [TyVar]     
+               -> ThetaType            -- Wanted
+               -> TcM ThetaType        -- Needed
+
+tcSimplifyDeriv tyvars theta
+  = tcInstTyVars tyvars                                        `thenNF_Tc` \ (tvs, _, tenv) ->
+       -- The main loop may do unification, and that may crash if 
+       -- it doesn't see a TcTyVar, so we have to instantiate. Sigh
+       -- ToDo: what if two of them do get unified?
+    newDicts DataDeclOrigin (substTheta tenv theta)    `thenNF_Tc` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds              `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )                       -- reduceMe never returns Free
+
+    doptsTc Opt_AllowUndecidableInstances              `thenNF_Tc` \ undecidable_ok ->
+    let
+       tv_set      = mkVarSet tvs
+       simpl_theta = map dictPred irreds       -- reduceMe squashes all non-dicts
+
+       check_pred pred
+         | isEmptyVarSet pred_tyvars   -- Things like (Eq T) should be rejected
+         = addErrTc (noInstErr pred)
+
+         | not undecidable_ok && not (isTyVarClassPred pred)
+         -- Check that the returned dictionaries are all of form (C a b)
+         --    (where a, b are type variables).  
+         -- We allow this if we had -fallow-undecidable-instances,
+         -- but note that risks non-termination in the 'deriving' context-inference
+         -- fixpoint loop.   It is useful for situations like
+         --    data Min h a = E | M a (h a)
+         -- which gives the instance decl
+         --    instance (Eq a, Eq (h a)) => Eq (Min h a)
+          = addErrTc (noInstErr pred)
+  
+         | not (pred_tyvars `subVarSet` tv_set) 
+         -- Check for a bizarre corner case, when the derived instance decl should
+         -- have form  instance C a b => D (T a) where ...
+         -- Note that 'b' isn't a parameter of T.  This gives rise to all sorts
+         -- of problems; in particular, it's hard to compare solutions for
+         -- equality when finding the fixpoint.  So I just rule it out for now.
+         = addErrTc (badDerivedPred pred)
+  
+         | otherwise
+         = returnNF_Tc ()
+         where
+           pred_tyvars = tyVarsOfPred pred
+
+       rev_env = mkTopTyVarSubst tvs (mkTyVarTys tyvars)
+               -- This reverse-mapping is a Royal Pain, 
+               -- but the result should mention TyVars not TcTyVars
+    in
+   
+    mapNF_Tc check_pred simpl_theta            `thenNF_Tc_`
+    checkAmbiguity tvs simpl_theta tv_set      `thenTc_`
+    returnTc (substTheta rev_env simpl_theta)
+  where
+    doc    = ptext SLIT("deriving classes for a data type")
+\end{code}
+
+@tcSimplifyDefault@ just checks class-type constraints, essentially;
+used with \tr{default} declarations.  We are only interested in
+whether it worked or not.
+
+\begin{code}
+tcSimplifyDefault :: ThetaType -- Wanted; has no type variables in it
+                 -> TcM ()
+
+tcSimplifyDefault theta
+  = newDicts DataDeclOrigin theta              `thenNF_Tc` \ wanteds ->
+    simpleReduceLoop doc reduceMe wanteds      `thenTc` \ (frees, _, irreds) ->
+    ASSERT( null frees )       -- try_me never returns Free
+    mapNF_Tc (addErrTc . noInstErr) irreds     `thenNF_Tc_`
+    if null irreds then
+       returnTc ()
+    else
+       failTc
+  where
+    doc = ptext SLIT("default declaration")
+\end{code}
+
+
+%************************************************************************
+%*                                                                     *
+\section{Errors and contexts}
+%*                                                                     *
+%************************************************************************
 
-Errors and contexts
-~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
 ToDo: for these error messages, should we note the location as coming
 from the insts, or just whatever seems to be around in the monad just
 now?
 
 \begin{code}
-genCantGenErr insts    -- Can't generalise these Insts
-  = sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"), 
-        nest 4 (pprInstsInFull insts)
-       ]
-
-addAmbigErrs ambig_tv_fn dicts = mapNF_Tc (addAmbigErr ambig_tv_fn) dicts
-
-addAmbigErr ambig_tv_fn dict
-  = tcAddSrcLoc (instLoc dict) $
-    addErrTc (sep [text "Ambiguous type variable(s)",
-                  hsep (punctuate comma (map (quotes . ppr) ambig_tvs)),
-                  nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst dict)),
-                  nest 4 (pprOrigin dict)])
+groupInsts :: [Inst] -> [[Inst]]
+-- Group together insts with the same origin
+-- We want to report them together in error messages
+groupInsts []          = []
+groupInsts (inst:insts) = (inst:friends) : groupInsts others
+                       where
+                               -- (It may seem a bit crude to compare the error messages,
+                               --  but it makes sure that we combine just what the user sees,
+                               --  and it avoids need equality on InstLocs.)
+                         (friends, others) = partition is_friend insts
+                         loc_msg           = showSDoc (pprInstLoc (instLoc inst))
+                         is_friend friend  = showSDoc (pprInstLoc (instLoc friend)) == loc_msg
+
+
+addTopAmbigErrs dicts
+  = mapNF_Tc (addTopInstanceErrs tidy_env) (groupInsts no_insts)       `thenNF_Tc_`
+    mapNF_Tc (addTopIPErrs tidy_env)       (groupInsts bad_ips)                `thenNF_Tc_`
+    mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env)       ambigs                       `thenNF_Tc_`
+    returnNF_Tc ()
   where
-    ambig_tvs = tyVarSetToList (ambig_tv_fn dict)
+    fixed_tvs = oclose (predsOfInsts tidy_dicts) emptyVarSet
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    (bad_ips, non_ips)     = partition is_ip tidy_dicts
+    (no_insts, ambigs)     = partition no_inst non_ips
+    is_ip d   = any isIPPred (predsOfInst d)
+    no_inst d = not (isTyVarDict d) || tyVarsOfInst d `subVarSet` fixed_tvs
+
+plural [x] = empty
+plural xs  = char 's'
+
+addTopIPErrs tidy_env tidy_dicts
+  = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
+       (tidy_env,
+        ptext SLIT("Unbound implicit parameter") <> plural tidy_dicts <+> pprInsts tidy_dicts)
 
 -- Used for top-level irreducibles
-addTopInstanceErr dict
-  = tcAddSrcLoc (instLoc dict)                $
-    addErrTc (sep [ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (pprInst dict),
-                  nest 4 $ parens $ pprOrigin dict])
-
-addNoInstanceErr str givens dict
-  = tcAddSrcLoc (instLoc dict) $
-    addErrTc (sep [sep [ptext SLIT("Could not deduce") <+> quotes (pprInst dict),
-                       nest 4 $ parens $ pprOrigin dict],
-                  nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts givens]
-             $$
-             ptext SLIT("Probable cause:") <+> 
-             vcat [ptext SLIT("missing") <+> quotes (pprInst dict) <+> ptext SLIT("in") <+> str,
-                   if all_tyvars then empty else
-                   ptext SLIT("or missing instance declaration for") <+> quotes (pprInst dict)]
-    )
+addTopInstanceErrs tidy_env tidy_dicts
+  = addInstErrTcM (instLoc (head tidy_dicts))
+       (tidy_env,
+        ptext SLIT("No instance") <> plural tidy_dicts <+> 
+               ptext SLIT("for") <+> pprInsts tidy_dicts)
+
+addAmbigErrs dicts
+  = mapNF_Tc (addAmbigErr tidy_env) tidy_dicts
+  where
+    (tidy_env, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+
+addAmbigErr tidy_env tidy_dict
+  = addInstErrTcM (instLoc tidy_dict)
+       (tidy_env,
+        sep [text "Ambiguous type variable(s)" <+> pprQuotedList ambig_tvs,
+             nest 4 (text "in the constraint" <+> quotes (pprInst tidy_dict))])
   where
-    all_tyvars = all isTyVarTy tys
-    (_, tys)   = getDictClassTys dict
+    ambig_tvs = varSetElems (tyVarsOfInst tidy_dict)
+
+warnDefault dicts default_ty
+  = doptsTc Opt_WarnTypeDefaults  `thenTc` \ warn_flag ->
+    tcAddSrcLoc (get_loc (head dicts)) (warnTc warn_flag warn_msg)
+  where
+       -- Tidy them first
+    (_, tidy_dicts) = tidyInsts dicts
+    get_loc i = case instLoc i of { (_,loc,_) -> loc }
+    warn_msg  = vcat [ptext SLIT("Defaulting the following constraint(s) to type") <+>
+                               quotes (ppr default_ty),
+                     pprInstsInFull tidy_dicts]
+
+complainCheck doc givens irreds
+  = mapNF_Tc zonkInst given_dicts_and_ips                        `thenNF_Tc` \ givens' ->
+    mapNF_Tc (addNoInstanceErrs doc givens') (groupInsts irreds)  `thenNF_Tc_`
+    returnNF_Tc ()
+  where
+    given_dicts_and_ips = filter (not . isMethod) givens
+       -- Filter out methods, which are only added to
+       -- the given set as an optimisation
+
+addNoInstanceErrs what_doc givens dicts
+  = getDOptsTc         `thenNF_Tc` \ dflags ->
+    tcGetInstEnv       `thenNF_Tc` \ inst_env ->
+    let
+       (tidy_env1, tidy_givens) = tidyInsts givens
+       (tidy_env2, tidy_dicts)  = tidyMoreInsts tidy_env1 dicts
+
+       doc = vcat [sep [herald <+> pprInsts tidy_dicts,
+                        nest 4 $ ptext SLIT("from the context") <+> pprInsts tidy_givens],
+                   ambig_doc,
+                   ptext SLIT("Probable fix:"),
+                   nest 4 fix1,
+                   nest 4 fix2]
+
+       herald = ptext SLIT("Could not") <+> unambig_doc <+> ptext SLIT("deduce")
+       unambig_doc | ambig_overlap = ptext SLIT("unambiguously")
+                   | otherwise     = empty
+
+               -- The error message when we don't find a suitable instance
+               -- is complicated by the fact that sometimes this is because
+               -- there is no instance, and sometimes it's because there are
+               -- too many instances (overlap).  See the comments in TcEnv.lhs
+               -- with the InstEnv stuff.
+
+       ambig_doc
+           | not ambig_overlap = empty
+           | otherwise
+           = vcat [ptext SLIT("The choice of (overlapping) instance declaration"),
+                   nest 4 (ptext SLIT("depends on the instantiation of") <+>
+                           quotes (pprWithCommas ppr (varSetElems (tyVarsOfInsts tidy_dicts))))]
+
+       fix1 = sep [ptext SLIT("Add") <+> pprInsts tidy_dicts,
+                   ptext SLIT("to the") <+> what_doc]
+
+       fix2 | null instance_dicts 
+            = empty
+            | otherwise
+            = ptext SLIT("Or add an instance declaration for") <+> pprInsts instance_dicts
+
+       instance_dicts = [d | d <- tidy_dicts, isClassDict d, not (isTyVarDict d)]
+               -- Insts for which it is worth suggesting an adding an instance declaration
+               -- Exclude implicit parameters, and tyvar dicts
+
+           -- Checks for the ambiguous case when we have overlapping instances
+       ambig_overlap = any ambig_overlap1 dicts
+       ambig_overlap1 dict 
+               | isClassDict dict
+               = case lookupInstEnv dflags inst_env clas tys of
+                           NoMatch ambig -> ambig
+                           other         -> False
+               | otherwise = False
+               where
+                 (clas,tys) = getDictClassTys dict
+    in
+    addInstErrTcM (instLoc (head dicts)) (tidy_env2, doc)
 
 -- Used for the ...Thetas variants; all top level
-addNoInstErr (c,ts)
-  = addErrTc (ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (pprConstraint c ts))
+noInstErr pred = ptext SLIT("No instance for") <+> quotes (ppr pred)
+
+badDerivedPred pred
+  = vcat [ptext SLIT("Can't derive instances where the instance context mentions"),
+         ptext SLIT("type variables that are not data type parameters"),
+         nest 2 (ptext SLIT("Offending constraint:") <+> ppr pred)]
+
+reduceDepthErr n stack
+  = vcat [ptext SLIT("Context reduction stack overflow; size =") <+> int n,
+         ptext SLIT("Use -fcontext-stack20 to increase stack size to (e.g.) 20"),
+         nest 4 (pprInstsInFull stack)]
+
+reduceDepthMsg n stack = nest 4 (pprInstsInFull stack)
+
+-----------------------------------------------
+addCantGenErr inst
+  = addErrTc (sep [ptext SLIT("Cannot generalise these overloadings (in a _ccall_):"),
+                  nest 4 (ppr inst <+> pprInstLoc (instLoc inst))])
 \end{code}